DE69910823T2

DE69910823T2 - Spritzgiesskühlkern mit spiralnuten

Info

Publication number: DE69910823T2
Application number: DE69910823T
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Georgetown Gellert
Original assignee: Individual
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: KR20010086087A; EP1137526B1; BR9916953A; US6079972A; DE69910823D1; PT1137526E; CA2255798C; CA2255798A1; CN1138623C; AU1972300A; WO2000034026A1; KR100704045B1; CN1329538A; EP1137526A1; BR9916953B1; JP2002531297A; ATE248055T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Heißkanalspritzguss und im Besonderen eine Spritzgussvorrichtung, die über einen verbesserten Formkern verfügt.
Das Kühlen der Formkerne von Heißkanalspritzgusssystemen zur Reduzierung von Taktzeiten ist wohlbekannt. Das Reduzieren von Taktzeiten um selbst einen Bruchteil von einer Sekunde ist sehr bedeutend bei Großserienanwendungen wie bei der Herstellung von Getränkeflaschenvorformen. Wie aus dem US-Patent Nr. 5.094.603 für den Patentanmelder, erteilt am 10. März 1992, zu entnehmen ist, erfolgte dies bisher normalennreise durch Kühlwasser, das durch und um ein zentrales Kühlrohr im Formkern zirkulierte. Diese Anordnung ist zwar für viele Anwendungen zufriedenstellend, liefert aber im Allgemeinen keine ausreichende Kühlung. Ein weiteres Problem bei dem zentralen Kühlrohr besteht darin, dass, wenn es nicht präzise zentriert ist oder irgendein anderer Grund für eine ungleichmäßige Kühlung der Schmelze in dem Hohlraum besteht, die ungleichmäßige Kühlung ungleichmäßige Kräfte in dem Hohlraum erzeugt, die den Kern verschieben können. Das hat zur Folge, dass die Vorform keine einheitliche Wandstärke aufweist, was Probleme für das Blasender Vorform verursacht.
US-Patent Nr. 5.498.150 für Check, erteilt am 12. März 1996, zeigt einen Formkern, der einen äußeren Teil mit längsgerichteten Nuten darin hat. Dies vergrößert zwar den Kühlflächenbereich, aber es gibt weiterhin eine erhebliche Verzögerung durch das Warten auf das Erstarren der Schmelze, bevor die Form zum Auswerfen geöffnet werden kann. Da der Formkern einen Teil des Hohlraums bildet, muss er außerdem über eine ausreichende Konstruktionsfestigkeit verfügen, um Spritzdrücken von bis zu 68,95 MPa (10.000 psi) widerstehen zu können, und dies beschränkt die Größe der Kühlwasserleitungen. Darüber hinaus ist die Strömung von Kühlwasser durch den Formkern im Allgemeinen laminar, was die Kühlwirkung auf die Schmelze verringert. Die Broschüre von Mold-Masters mit dem Titel „Introducing Master-Stack Closure Molding Components" zeigt einen Formkern, der Kühlflüssigkeitsbohrungen hat, die sich im Kopf radial nach außen erstrecken. Dies ist für Formschlüsse geeignet, jedoch nicht für das Formen von Vorformen.
Ein Spritzgussformkern nach der Einleitung von Anspruch 1 ist aus EP-A-855 261 bekannt. Dieses Dokument beschreibt einen integralen Formkern, der einen äußeren und einen inneren Teil und einen oberen kuppelförmigen Teil umfasst. Diese Teile sind zusammengeschraubt, um einen integralen Formkern zu bilden, in dem Kühlkanäle geformt sind.
GB-A-1 502 358 offenbart eine Spiralnut im Kühlkern. Eine Spiralnut ist für die Strömung des Kühlmittels zum Vorderteil des Kerns bestimmt, und eine Nut ist für dessen Rückströmung bestimmt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile beim Stand der Technik zumindest teilweise zu überwinden, indem ein integraler Formkern bereitgestellt wird, der zusätzliche Konstruktionsfestigkeit und gesteigerte Kühlwirkung auf Grund der dort turbulent durchströmenden Kühlflüssigkeit aufweist.
Zu diesem Zweck stellt die Erfindung bei einem ihrer Aspekte Spritzgussformvorrichtungen bereit, die einen verlängerten Hohlraum in einer Form und einen gekühlten Formkern haben, der aus einem hohlen verlängerten inneren Teil, einem verlängerten äußeren Teil und einer vorderen Kappe mit einer inneren Fläche und einer äußeren Fläche besteht. Der verlängerte innere Teil hat einen vorderen Teil mit einem offenen vorderen Ende, eine äußere Fläche und einen längsausgedehnten zentralen Kanal, um Kühlflüssigkeit dort hindurchzufördern. Der verlängerte äußere Teil hat einen vorderen Teil mit einem offenen vorderen Ende, eine äußere Fläche und eine innere Fläche, die um die äußere Fläche des vorderen Teils des inneren Teils passt. Von der inneren Fläche des vorderen Teils des verlängerten äußeren Teils und der äußeren Fläche des vorderen Teils des verlängerten inneren Teils verfügt mindestens eine über eine Anzahl von Kühlflüssigkeit fördernden Nuten, die sich darin längs erstrecken. Außerdem bilden die äußere Fläche des äußeren Teils und die äußere Fläche der vorderen Kappe eine innere Seite des Hohlraums. Der vordere Teil des verlängerten inneren Teils, der vordere Teil des verlängerten äußeren Teils und die vordere Kappe sind integral aneinandergefügt. Die vordere Kappe umschließt das offene vordere Ende des vorderen Teils des äußeren Teils, um einen Kühlflüssigkeit fördernden Raum zu bilden, der sich zwischen dem zentralen Kanal in dem vorderen Teil des inneren Teils und den Kühlflüssigkeit fördernden Nuten erstreckt. Sowohl die äußere Fläche des vorderen Teils des inneren Teils als auch die innere Fläche des vorderen Teils des äußeren Teils weisen Kühlflüssigkeit fördernde Nuten darin auf. Die Nuten in der äußeren Fläche des vorderen Teils des inneren Teils und die Nuten in der inneren Fläche des vorderen Teils des äußeren Teils verlaufen spiralförmig in entgegengesetzte Richtungen, um eine turbulente Kühlflüssigkeitsströmung durch die Nuten zu erzeugen.
Aus der folgenden Beschreibung werden, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Mehrkammer-Spritzgusssystems zeigt, das einen gekühlten Formkern nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung aufweist;
2 ist eine Schnittansicht des Formkerns, der in 1 zu sehen ist;
3 ist eine isometrische Ansicht von einem Teil der vorderen Teile eines inneren Teils und eines äußeren Teils und zeigt die Spiralnuten und eine vordere Kappe, die sich in Position für den Zusammenbau befindet, um den in 2 zu sehenden Formkern zu bilden;
4 ist eine isometrische Teilschnittansicht von einem Teil der integralen vorderen Teile desselben Formkerns;
5 ist eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 aus 4;
6 ist eine Schnittansicht entlang Linie 6-6 aus 4;
7 ist eine isometrische Teilschnittansicht von einem Teil des gekühlten Formkerns und zeigt die turbulente Strömung der Kühlflüssigkeit in den Spiralnuten darin;
8 ist eine Schnittansicht entlang Linie 8-8 aus 7; und
9 ist eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 aus 7.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zunächst wird auf die 1 und 2 verwiesen, die einen Teil eines Mehrkammer-Spritzgusssystems oder -vorrichtung zeigen, die zum Guss von Getränkeflaschenvorformen verwendet werden und die einen gekühlten Formkern (10) nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung haben. Bei dieser Konfiguration ist eine Anzahl von beheizten Düsen (12) in Öffnungen (14) in einer Form (16) montiert, wobei das hintere Ende (18) von jeder beheizten Düse (12) an die vordere Seite (20) eines Stahlschmelzverteilers (22) stößt. Jede Düse (12) wird von einem integralen Elektroheizelement (24) beheizt und hat ein Thermoelement (26), das in ihr vorderes Ende (28) reicht, um die Betriebstemperatur zu überwachen und zu steuern. Jede beheizte Düse (12) hat einen zylindrischen Zentrierflansch (30), der in einem kreisförmigen Zentriersitz (32) in der Öffnung (14) sitzt. Dies bietet einen isolierten Luftraum (34) zwischen der beheizten Düse (12) und der umgebenden Form (16), die durch das Pumpen von Kühlwasser durch Kühlkanäle (36) gekühlt wird.
Der Schmelzverteiler (22) wird ebenfalls von einem integralen Elektroheizelement beheizt (38). Der Schmelzverteiler (22) ist zwischen einer Verteilerplatte (40) und einer Aufspannplatte (42) montiert, die mit Bolzen (44) miteinander befestigt sind. Der Schmelzverteiler (22) wird mit einem zentralen Zentrierring (46) und einer Anzahl von federnden Abstandshaltern (48) zentriert, die einen isolierten Luftraum (50) zwischen ihnen und der umgebenden gekühlten Form (16) bieten.
Ein Schmelzdurchlass (52) erstreckt sich von einem zentralen Einlass (54) in einen Einlassteil (56) des Schmelzverteilers (22) und verzweigt sich in dem Schmelzverteiler (22), um durch eine zentrale Schmelzbohrung (58) in jeder der beheizten Düsen (12) zu reichen. Der Schmelzdurchlass (52) reicht durch eine zweiteilige Düsendichtung (60), die mit einem Einlauf (62) ausgerichtet ist, der sich durch einen gekühlten Einlaufeinsatz (64) zu einem Hohlraum (66) erstreckt. Dieser Hohlraum (66) zur Herstellung von Getränkeflaschenvorformen erstreckt sich zwischen einem Hohlraumeinsatz (68) und gewundenen geteilten Einsätzen (70) an der Außenseite und dem gekühlten Formkern (10) gemäß der Erfindung an der Innenseite. Der Einlaufeinsatz (64) und der Hohlraumeinsatz (68) sitzen in einer Öffnung (72) in einer Hohlraumplatte (74), durch die sich Kühlwasserstränge (nicht gezeigt) zu dem gekühlten Einlaufeinsatz (64) erstrecken.
Wie ersichtlich ist, hat der gekühlte Formkern (10) nach dieser Ausführung der Erfindung einen hohlen verlängerten inneren Teil (78), der in einen hohlen verlängerten äußeren Teil (80) passt. Der Formkern (10) erstreckt sich von dem Hohlraum (66) nach hinten durch eine Öffnung (82) in einem Kernverschlussteil (84), der mit Schrauben (88) an einer Kernstützplatte (86) befestigt ist. Das Kernverschlussteil (84) erstreckt sich durch eine Öffnung (90) in einem Gleitteil (92) und einer Verschleißplatte (94), die mit Schrauben (98) an einer Abstreifplatte (96) befestigt ist. Die Kühlflüssigkeitsversorgungsleitungen und -rückleitungen (100, 102) erstrecken sich in der Kernstützplatte (86) und sind mit einem längsreichenden zentralen Kanal (104) in dem inneren Teil (78) bzw. einem äußeren Kühlflüssigkeitskanal (106) verbunden, der sich zwischen einem hinteren Teil (108) des inneren Teils (78) und einem hinteren Teil (110) des äußeren Teils (80) erstreckt. Natürlich kann bei anderen Anwendungen die Form (16), je nach der erforderlichen Konfiguration, unterschiedliche Anzahlen und Formen von Teilen und Platten haben.
Bei der Beschreibung des gekühlten Formkerns (10) nach dieser Ausführung der Erfindung erfolgt nun auch die Bezugnahme auf die 3 und 4. Der innere Teil (78) und der äußere Teil (80) besitzen vordere Teile (112, 114) mit offenen vorderen Enden (116, 118). Der vordere Teil (112) des inneren Teils (78), durch den sich der zentrale Kühlflüssigkeitskanal (104) erstreckt, hat eine äußere Fläche (120), um die herum sich Spiralnuten (122) erstrecken. Der vordere Teil (114) des äußeren Teils (80) besitzt eine äußere Fläche (124) und eine innere Fläche (126), die um die äußere Fläche (120) des vorderen Teils (112) des inneren Teils (78) herum passt. Die innere Fläche (126) des vorderen Teils (114) des äußeren Teils (80) weist ebenfalls Spiralnuten (128) auf, die sich dort herum erstrecken, aber diese verlaufen spiralförmig in entgegengesetzter Rich tung zu den Spiralnuten (122) in der äußeren Fläche (120) des vorderen Teils (112) des inneren Teils (78).
Wie am besten aus 3 ersichtlich wird, enden die Spiralnuten (122) in der äußeren Fläche (120) des vorderen Teils (112) des inneren Teils (78) und die Spiralnuten (128) in der inneren Fläche (126) des vorderen Teils (114) des äußeren Teils (80) kurz vor den offenen vorderen Enden (116, 118). Daher wird, wie aus 4 ersichtlich, wenn der innere Teil (78) in den äußeren Teil (80) eingesetzt wird, ein U-förmiger kreisrunder Kanal (130) zwischen den offenen vorderen Enden (116, 118) gebildet, um eine kuppelförmige vordere Kappe (132) aufzunehmen. Die kuppelförmige vordere Kappe (132) umschließt das offene vordere Ende (118) des äußeren Teils (80) und schafft einen Kühlflüssigkeit fördernden Raum (134), um Kühlflüssigkeit von dem zentralen Kanal (104) in dem inneren Teil (78) zu den Spiralnuten (122, 128) in den inneren und äußeren Teilen (78, 80) zu fördern. Die kuppelförmige vordere Kappe (132) hat eine äußere Fläche (136) und eine innere Fläche (138) mit einer Anzahl von gekrümmten Rippen (140), die zwischen ihnen gekrümmte Nuten (142) bilden. Die äußere Fläche (124) des vorderen Teils (114) des äußeren Teils (80) und die äußere Fläche (136) der vorderen Kappe (132) bilden eine innere Seite (144) des Hohlraums (66). Bei dieser Ausführung sind die gekrümmten Nuten (142) in der inneren Fläche (138) der vorderen Kappe (132) mit den Spiralnuten (122) in dem vorderen Teil (112) des inneren Teils (78) und den Spiralnuten (128) in dem vorderen Teil (114) des äußeren Teils (80) ausgerichtet, um die Kühlflüssigkeit von dem zentralen Kanal (104) in dem inneren Teil (78) in die Spiralnuten (122, 128) in den inneren und äußeren Teilen (78, 80) zu kanalisieren.
Der vordere Teil (112) des inneren Teils (78), die vorderen und hinteren Teile (114, 110) des äußeren Teils (80) und die kuppelförmige vordere Kappe (132) sind durch einen geeigneten Prozess wie das Hartverlöten in einem Vakuumofen oder durch isostatisches Heißpressen montiert und integral aneinandergefügt. Bei dieser Ausführung ist der hintere Teil (108) des inneren Teils (78), bezeichnet als Sprudelrohr, mit einem Buchsenteil (146), das in den vorderen Teil (112) des inneren Teils (78) passt, an seinen Platz pressgepasst. Integrales Aneinanderfügen des vorderen Teils (112) des inneren Teils (78), der vorderen und hinteren Teile (114, 110) des äußeren Teils (80) und der kuppelförmigen vorderen Kappe (132) verleiht dem gekühlten Formkern (10) höhere Festigkeit, was den Spiralnuten (128) in dem äußeren Teil (80) ermöglicht, näher an dem Hohlraum (66) zu sein. Es sorgt außerdem dafür, dass der zentrale Kühlflüssigkeitskanal (104) präzise im Zentrum des gekühlten Formkerns (10) zentriert ist, und das Erstrecken der Spiralnuten (122, 128) in entgegengesetzte Richtungen sorgt dafür, dass die Kühlflüssigkeitsströmung durch sie hindurch sehr gleichmäßig ist. Beide dieser Faktoren sorgen dafür, dass die Kühlung der Schmelze in dem Hohlraum (66) sehr einheitlich erfolgt und nicht auf einer Seite stärker ist als auf der anderen. Wie aus 7–9 ersichtlich, zwingen die in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Spiralnuten (122, 128) außerdem die Kühlflüssigkeit dazu, sowohl hin und her und hinein und hinaus durch die aneinandergefügten Nuten (122, 128) zu strömen, was eine sehr turbulente Strömung und eine wirksamere Kühlung der Schmelze in dem Hohlraum (66) zur Folge hat.
Beim Gebrauch wird, nachdem das System, wie in 1 dargestellt, montiert wurde, elektrische Energie an die Heizelemente (24, 38) angelegt, um die Düsen (12) und den Schmelzverteiler (22) auf eine vorher festgelegte Betriebstemperatur zu erhitzen. Außerdem wird eine geeignete Kühlflüssigkeit wie Wasser mittels Pumpen (nicht gezeigt) durch die Kühlkanäle (36) in der Form (16) und die Kanäle, die zu den Hohlraumeinsätzen (68) führen, zirkuliert. Üblicherweise wird eine reinigende Kühlflüssigkeit wie Glykol in einem geschlossenen Kühlkreislaufsystem durch die Versorgungs- und Rückleitungen (100, 102) gepumpt, um durch die Formkerne (10) zu zirkulieren. Unter Druck gesetzte Schmelze von einer Formmaschine (nicht gezeigt) wird dann nach einem vorher festgelegten Einspritztakt in den zentralen Einlass (54) des Schmelzdurchlasses (52) des Schmelzverteilers (22) eingeleitet, von wo sie durch die zentrale Schmelzbohrung (58) in jede der beheizten Düsen (12) und die zweiteiligen Düsendichtungen (60) und durch die Einläufe (62) strömen, um die Hohlräume (66) zu füllen. Nachdem die Hohlräume (66) voll sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Stopfen gehalten und dann freigegeben. Nach einem kurzen Kühlzeitraum wird die Form (16) geöffnet, um das Produkt auszuwerfen. Nach dem Auswerten wird die Form (16) geschlossen und der Einspritzdruck wird erneut angelegt, um den Hohlraum (66) wieder zu füllen. Dieser Takt wiederholt sich ständig mit einer Taktzeit, die als Folge der verbesserten Kühlung von dem Formkern (10) verringert wurde.
Zwar wurde die Beschreibung des gekühlten Formkerns (10), der Nuten (122, 128), die spiralförmig in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, aufweist, mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführung angegeben, es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene weitere Abänderungen möglich sind, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er von dem auf diesem Gebiet erfahrenen Personenkreis erkannt und in den folgenden Patentansprüchen dargelegt wird, abzuweichen.

Claims

Integraler Spritzgussformkern mit verbesserten Kühleigenschaften, der umfasst: einen äußeren Teil (80), der mit dem geschmolzenen Material in Kontakt kommt, einen inneren Teil (78), der mit einem eintretendem Kühlmittel in Kontakt kommt, eine obere kuppelförmige vordere Kappe (132), dadurch gekennzeichnet, dass der innere (78) und der äußere (80) Teil mit der oberen kuppelförmigen vorderen Kappe (132) verbunden sind, wobei der innere Teil (78) in den äußeren Teil (80) eingepasst und so damit verbunden ist, dass Kühlkanäle dazwischen ausgebildet sind, die ein Kühlmittel im Inneren des Kerns leiten, und der äußere Teil (80) Spiralnuten (123) aufweist, die Wandabschnitte der Kühlkanäle bilden, und der innere Teil (78) Spiralnuten (122) aufweist, die Wandabschnitte der Kühlkanäle bilden.
Integraler Spritzgussformkern nach Anspruch 1, wobei die Kühlkanäle veränderliche Querschnitte haben.
Integraler Spritzgussformkern nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die kuppelförmige vordere Kappe (132) Kühlrippen (140) enthält.
Integraler Spritzgussformkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kühlmittel eine turbulente Strömung aufweist.
Integraler Spritzgussformkern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die drei Teile (78, 80, 132) miteinander hartverlötet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Formkerns mit verbessertem Kühlwirkungsgrad, das die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines inneren Kernteils (78), der Kühlnutabschnitte (122) enthält, Herstellen eines äußeren Kernteils (80), der Kühlnutabschnitte (128) enthält, Herstellen einer oberen kuppelförmigen vorderen Kappe (132), gekennzeichnet durch: Ausbilden integraler Kühlkanäle durch Aneinanderpassen und Verbinden des inneren, des äußeren und des oberen Kuppel-Kernteils (78, 80, 132), wobei die Nutabschnitte (128) in dem äußeren Kernteil (80) Wandabschnitte der Kühlkanäle bilden und die Nutabschnitte (122) in dem inneren Kernteil (78) Wandabschnitte der Kühlkanäle bilden.